ZABCHUK V. 2. Methods and software tools for modeling processes in biogas plants based on interval data analysis

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0824U002621

Applicant for

Specialization

  • 121 - Інженерія програмного забезпечення

26-08-2024

Specialized Academic Board

ДФ 58.082.054_ID 6271

Western Ukrainian National University

Essay

The scientific and technical task of ensuring the tolerance values of acidity of a multicomponent substrate during its fermentation in biogas plants by developing mathematical tools and software for modeling the dynamics of acidity based on the analysis of interval data was solved in the thesis. The object of the research is the processes of anaerobic microbiological fermentation in biogas plants. The subject of the research is mathematical tools and software for modeling the dynamics of substrate acidity in biogas plants based on the analysis of interval data. Within the scope of the thesis, a two-stage method of identifying the mathematical model of the dynamics of the substrate acidity indicator in the bioreactor based on the analysis of interval data is proposed and substantiated, which, unlike the known ones, is based on solving the initially simpler problem of identifying the equation of the relationship between the main characteristic of the process and the factors, which affect it, and on this basis, at the second stage, the identification of the mathematical model of the dynamics of this indicator in the bioreactor, which in aggregate ensured the simplification of the construction of a mathematical model with guaranteed prognostic properties. Based on the results of the application of a new two-stage method of mathematical model identification, a mathematical model of the dynamics of the substrate acidity indicator in the bioreactor was obtained in the form of a differential equation, which, unlike the existing ones, is adjusted to the process parameters for a specific biogas plant based on the transformation of interval differential equations, which provides guaranteed prognostic properties of the built mathematical model within the accuracy of the interval data and makes it possible to ensure the tolerance values of the acidity of the multicomponent substrate in biogas plants based on the control of the balance of dry and liquid parts of raw materials. In the process of developing the software complex, an open service-oriented software architecture for modeling processes in biogas plants was proposed and substantiated, which, unlike the existing ones, integrates software components: interpretation of interval discrete models; identification of these models; solving differential equations. This approach made it possible to create a prototype of a computer environment for managing processes in biogas plants, which without additional settings is integrated into the existing control systems of biogas plants in order to provide a corridor of tolerance acidity values of a multicomponent substrate. The practical significance of the obtained results is the creation of a software environment for modeling processes in biogas plants. The theoretical and applied results of the thesis were used in “Teofipol Energy Company” LLC, in the “Eleks” IT-company (Ternopil), and were also implemented in the educational process and research work of the Department of Computer Sciences of the West Ukrainian National University.

Research papers

Дивак М., Забчук В. Моделювання характеристик процесів у біогазових установках на основі аналізу інтервальних даних. Вісник Хмельницького національного університету. Серія: Технічні науки. 2024. Том 331. № 1. С.180-190. (1,1 д.а. / 0,8 д.а.; особистий внесок: здобувачем запропоновано та обґрунтовано двоетапний метод ідентифікації математичної моделі динаміки показника кислотності субстрату у біореакторі на основі аналізу інтервальних даних). DOI: https://doi.org/10.31891/2307-5732-2024-331-28

Дивак Т., Забчук В. Огляд і аналіз методів та засобів моделювання процесів у біогазових установках. Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: “Інформатика, кібернетика та обчислювальна техніка”. 2024. №1 (38). С.57-70. (1,3 д.а. / 0,5 д.а.; особистий внесок: здобувачем здійснено порівняльний аналіз методів та засобів моделювання процесів у біогазових установках, виділено їх основні переваги та недоліки). DOI: https://doi.org/10.31474/1996-1588-2024-1-38-57-70

Манжула В. І., Забчук В.В. Архітектура програмного забезпечення для моделювання процесів у біогазових установках. Наукові праці Вінницького національного технічного університету. 2024. Вип. 1. С. 1-10. (0,8 д.а. / 0,3 д.а.; особистий внесок: здобувачем реалізовано архітектуру програмного забезпечення для моделювання процесів у біогазових установках). DOI: https://doi.org/10.31649/2307-5376-2024-1-19-28.

Manzhula V., Dyvak M. and Zabchuk V. The Improved Method for Identifying Parameters of Interval Nonlinear Models of Static Systems. International Journal of Computing. 2024. 23 (1). P. 19-25. (0,7 д.а. / 0,2 д.а.; особистий внесок: здобувачем отримано математичну модель динаміки показника кислотності субстрату у біореакторі у вигляді диференціального рівняння). DOI: https://doi.org/10.47839/ijc.23.1.3431. (Scopus, Q4)

Забчук В. В. Аналіз методів побудови системи доповненої реальності для тестування практичних навиків. Комп’ютерні інформаційні технології: матеріали школи-семінару молодих вчених і студентів СІТ’2019 (м. Тернопіль, 29 листопада 2019 р.). Тернопіль: ТНЕУ, 2019. С. 9. (0,1 д.а.)

Красносельська А.О., Веселов О.В., Забчук В.В. Інтелектуалізована система для оптимізації процесу формування документації програмного забезпечення Комп’ютерні інформаційні технології: матеріали школи-семінару молодих вчених і студентів СІТ’2023. (Тернопіль, 30 листоп. 2023 р.). Тернопіль: ЗУНУ, 2023. С. 100-101. (0,1 д.а. / 0,03 д.а.; особистий внесок: здобувачем запропоновано компонентну структуру інтелектуалізованої системи для створення документації програмного забезпечення ).

Dyvak M., Pukas A., Manzhula V., Kasatkina N., Komar M. and Zabchuk V. The Task of Parametric Identification the Interval Models with Nonlinear Parameters. 2022 12th International Conference on Advanced Computer Information Technologies (ACIT). (Spisska Kapitula, Slovakia, 26-28 Sept. 2022). P. 106-111. (0,6 д.а. / 0,1 д.а.; особистий внесок: здобувачем вдосконалено метод параметричної ідентифікації інтервальних моделей з нелінійними параметрами). DOI: https://doi.org/10.1109/ACIT54803.2022.9913166 (Scopus).

Pukas A., Simak A., Goncharuk-Cholach T., Konoplitska O., Zabchuk V. Intelligent Analyzing Module in the Academic Staff Performance Appraisal System. CEUR-WS. 2023. Vol. 3624. P. 423-429. (0,6 д.а. / 0,1 д.а.; особистий внесок: здобувачем запропоновано алгоритм інтеграції програмних модулів для реалізації методів інтелектуального аналізу). https://ceur-ws.org/Vol-3624/Short_2.pdf (Scopus).

Pukas A., Smal V., Zabchuk V. Software based on blockchain technology for consolidation the medical data about the patients examination. CEUR-WS. 2018. Vol. 2300. P. 170-174. (0,4 д.а. / 0,1 д.а.; особистий внесок: здобувачем описано процедуру використання технології блокчейн для консолідації даних). https://ceur-ws.org/Vol-2300/Paper41.pdf (Scopus).

Files

Similar theses